2.5.2. Размерно-подобные ряды

Проектирование размерно-подобных машин имеет свои особенности, дело в том, что выходные показатели машин зависят не только от геометрических размеров машин, но и от параметров рабочих органов.

Для сохранения полного подобия машин различных размеров необходимо соблюсти, во-первых, геометрическое подобие (рис. 2.2.), а во-вторых, подобие рабочего процесса, т.е. обеспечить одинаковость параметров энергетической и силовой напряженности машин в целом и их деталей.

Критерии подобия разработаны для большинства типов машин и рабочих процессов. Например, для двигателей внутреннего сгорания главные условия подобия:

равенство среднего эффективного давления ре, зависящего от давления и температуры смеси на всасывании;

равенство средней скорости поршня vn = Sn / 30

(S – ход поршня; n – частота вращения двигателя) или, что то же самое, равенство произведения Dn (D — диаметр цилиндра, связанный с ходом поршня в геометрически подобных двигателях соотношением S/D = const).

В обобщенном виде

 (ре, Dn)= const.

Если этот критерий одинаков, то у всех геометрически подобных двигателей одинаковы термодинамический, механический и эффективный КПД, тепловая напряженность, удельная мощность, удельные нагрузки на подшипники, конструкционная масса двигателя.

И з предыдущего вытекают следующие выводы. Размерно-подобные ряды надо строить на основе главных характеристик (мощности. производительности и т.д.), а не геометрических параметров, так как в силу внутренних законов подобия главные характеристики располагаются по закономерности, отличной от закономерности изменения геометрических характеристик. Последние получаются как производные.

2.5.3. Универсализация машин

Универсализация преследует цели расширения функций машин, увеличения диапазона выполняемых ими операций, расширения номенклатуры обрабатываемых деталей.

Главное экономическое значение универсализации заключается в том, что она позволяет сократить число объектов производства. Одна универсальная машина заменяет несколько специализированных, выполняющих отдельные операции.

Расширить функции и области применения машин можно следующими способами: введением дополнительных рабочих органов, приданием сменного оборудования, внедрением регулирования с целью увеличения номенклатуры обрабатываемых изделий, регулированием главных показателей (частоты вращения, мощности, производительности).

В качестве примера универсализации можно привести продольные строгально-фрезерные станки, совмещающие операции строгания и фрезерования.

Универсализации хорошо подаются многие сельскохозяйственные и дорожно-строительные машины. Придавая базовой машине вспомогательное навесное или прицепное оборудование, можно создать многофункциональную машину.

2.5.4. Последовательное развитие машины

Придание машине резервов развития позволяет систематически совершенствовать машину и поддерживать ее показатели на уровне возрастающих требований техники. Метод развития избавляет от необходимости периодической замены устаревающих моделей, обеспечивает на долгие годы стабильный выпуск одной конструкции, дает большой экономический эффект и является одним из главных способов снижения стоимости машиностроительной продукции.

Резервы, закладываемые в конструкцию, зависят от назначения машины. У тепловых машин исходная модель должна обладать резервом рабочего объема, ресурсами увеличения частоты вращения и улучшения теплового процесса. Машины-орудия, для которых на первом плане стоит производительность, должны иметь ресурсы повышения быстроходности, увеличения объема и диапазона выполняемых операций.

Во всех случаях следует обеспечить запасы прочности и жесткости исходной модели. Это не значит, что базовая модель должна иметь большую массу. Важно усилить наиболее напряженные детали и узлы.

Огромное значение имеет рациональность силовой схемы машины, определяющая общую, присущую конструкции способность к форсированию.

Совершенствование машин нередко требует последующего введения дополнительных агрегатов (редукторов, коробок скоростей, средств автоматизации). Необходимо обеспечить их установку без ломки конструкции машины, оставляя для них место и в некоторых случаях заранее предусматривая привалочные поверхности и крепежные точки.

Наряду с использованием исходных резервов следует непрерывно совершенствовать машину, пользуясь появляющимися с течением времени технологическим и конструктивными приемами добиваясь снижения массы, энергоемкости, повышения надежности, степени автоматизации, увеличения удобства обслуживания.